DE3802985A1 - Hydraulisches spannelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Spannelement zum Festspannen von Werkzeugen oder Werkstücken auf dem Arbeitstisch von Werkzeugmaschinen, spanlosen Umformungsmaschinen oder dgl., welches ein an dem Arbeitstisch befestigbares Gehäuse aufweist, in welchem ein durch einen Hydraulikkolben beaufschlag­ bares Druckstück beweglich geführt ist.

Bei derartigen Spannelementen besteht die Gefahr, daß sich die Werkzeug- bzw. Werkstückeinspannung bei Aus­ fall des Hydraulikdruckes löst. Eine besonders kritische Situation liegt vor, wenn spanlose Umform­ maschinen beispielsweise nach einem Arbeitstag ab­ geschaltet werden. Der Hydraulikdruck wird dabei im allgemeinen aufrechterhalten, jedoch kann sich infolge unvermeidbarer Leckage eine geringe Positionsver­ änderung beim eingespannten Preß-Oberwerkzeug ergeben. Wird die Umformmaschine erneut eingeschaltet, kann dann das Oberwerkzeug auf das Unterwerkzeug unmittel­ bar auftreffen mit der Folge einer Zerstörung der Werkzeuge. Angesichts der großen, oft mehrere Tonnen schweren Werkzeuge beispielsweise bei Pressen für größere Autokarosserieteile, oder angesichts teurer, diffiziler Werkzeuge oder Teile, können erhebliche Schäden entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Spann­ elementen der gattungsgemäßen Art eine exakte Auf­ rechterhaltung der Einspannung des Werkzeuges oder Werkstückes auch bei einem Druckabfall zu sichern.

Ausgehend von einem Spannelement der gattungsgemäßen Art, wird die Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Achse des Hydraulikkolbens winklig zur Bewegungsrichtung des Druckstückes ge­ richtet ist, an dessen Rückseite der Kolben über ein Keilstück angreift, und daß eine zusätzliche mechanische Halteeinrichtung zur Fixierung des Kolbens in seiner Spannstellung im Gehäuse angeordnet ist. Vorzugsweise können dabei die Achse des Kolbens und die Bewegungsrichtung des Druckstückes rechtwinklig gegeneinander geneigt sein und können die Rückseite des Druckstückes und die Keilfläche in einem eine Selbsthemmung bewirkenden Winkel gegenüber der Kolben­ achse geneigt sein. Durch die umgelenkte Kraftüber­ tragung, speziell über selbsthemmende Keilflächen, bewirkt die vom Druckstück ausgeübte Reaktionskraft keine oder höchstens nur noch eine geringe Kraft­ komponente in der Richtung auf ein Rückschieben des Hydraulikkolbens, so daß die Tendenz zu einer Lockerung der Einspannung nur noch unwesentlich ist. Die Restkomponente der auf den Kolben noch ausgeübten Rückstellkraft wird durch die zusätzliche mechanische Halteeinrichtung aufgefangen, die als mechanische Einrichtung unabhängig vom jeweils herrschenden Hydraulikdruck wirksam ist und somit auch bei Druckausfall oder Leckage die Aufrechterhaltung der Einspannung sicherstellt.

Bei für große, schnellaufende Maschinen bestimmten Spannelementen kann der Erfindung zufolge vorgesehen werden, daß die Halteeinrichtung aus einer in einer rückwärtigen Sacklochbohrung des Kolbens angeordneten Spannzange besteht, deren kegelige Spannbacken innerhalb einer rückwärtigen konischen Erweiterung der Sacklochbohrung liegen und einen gehäusefesten Wider­ lagerstift einfassen, und daß die Spannzange an ihrem im Sacklochinneren liegenden Ende zwecks Entriegelung hydraulisch beaufschlagbar ist. Bei einer Druckbe­ aufschlagung des Kolbens wird die Spannzange zunächst vom Kolben mitgenommen, und nachfolgend werden die kegeligen Spannbacken zwischen der Wandung der konischen Sacklocherweiterung und dem zentralen Wider­ lagerstift festgespannt. Bei einem Druckausfall ist der Kolben somit über die kegeligen Spannbacken und den Widerlagerstift unbeweglich am Gehäuse abgestützt, so daß der Kolben und damit das Druckstück ihre Einspannlage auch in einem solchen Falle beibehalten. Zur Entriegelung werden die Spannzange und der Kolben von der Gegenseite her mit Druck beaufschlagt, wobei die Spannzange vom Widerlagerstift gelöst wird, so daß sie zusammen mit dem Kolben wieder in die Ausgangsstellung zurückkehren kann.

In Ausgestaltung der Erfindung kann bei dieser Aus­ führungsform der Halteeinrichtung vorgesehen werden, daß der Schaft der Spannzange eine Sacklochbohrung aufweist, innerhalb der eine die Spannbacken in Anlage an der konischen Erweiterung der Kolbenbohrung halten­ de Druckfeder angeordnet ist, welche sich auf dem freien Ende des Widerlagerstiftes abstützt. Durch diese die Spannzange belastende Druckfeder wird eine ständige Anlage der Spannbacken an der konischen Erweiterung der Sacklochbohrung während der Spann­ stellung des Kolbens sichergestellt.

Bei für langsam laufende, kleinere Maschinen be­ stimmten Spannelementen kann der Erfindung zufolge die Halteeinrichtung aus einer starken Kolbenvorschubfeder bestehen, welche vorteilhafterweise innerhalb einer rückwärtigen Sacklochbohrung des Kolbens angeordnet ist und die auch bei Druckausfall die vorgeschobene Spannstellung des Kolbens aufrechterhält.

Der Gegenstand der Erfindung wird im folgenden anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungs­ beispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Spannelement nach der Erfindung in Seitenansicht,

Fig. 2 eine Stirnansicht auf das Spannelement nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Spannelement,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch den oberen Teil des Spannelementes, wobei deren be­ weglichen Teile sich in Grundstellung befinden,

Fig. 5 einen Vertikalschnitt gemäß Fig. 4, bei der jedoch die Spannstellung gezeigt ist und

Fig. 6 in einem Vertikalschnitt eine abgewandelte Ausführungsform des oberen Teiles des Spannelementes.

Das in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Spannelement besteht aus durch Schrauben 1, 2 zusammengehaltenem Gehäuse- Oberteil 3 und Gehäuse-Unterteil 4. Im Gehäuse-Ober­ teil 3 ist ein Druckstück 5 beweglich geführt, das in einen durch eine Eckaussparung 6 des Gehäuse-Unter­ teils 4 geschaffenen Freiraum hinein bewegbar ist, welcher zur Aufnahme beispielsweise des Einspann­ flansches 7 eines Werkzeuges oder zur Einspannung eines Werkstückes bestimmt ist. Das Gehäuse- Unterteil 4 ist etwa als I-Schiene ausgebildet und wird mit seinem unteren T-Stück 8 in eine ent­ sprechende T-Nut 9 des Arbeitstisches 10 einer Werk­ zeugmaschine oder Umformmaschine eingeschoben. Das festzuspannende Teil 7 wird zwischen dem beweglichen Druckstück 5 und der Oberfläche des Arbeitstisches 10 eingespannt.

Das Druckstück 5 weist eine geneigte Rückseite 11 auf, vgl. Fig. 4 und 5, in deren Längsmitte eine teilzylin­ drische Lagerausnehmung für ein halbzylindrisches Übertragungsstück 12 ausgenommen ist, auf welchem ein Keilstück 13 mit seiner geneigten Keilfläche aufliegt, das mit einem doppelseitig beaufschlagbaren hydraulischen Kolben 14 starr verbunden ist. Die Kolbenachse A und die Bewegungsrichtung des Druck­ stückes 5 sind rechtwinklig zueinander. Die Rückseite 11, bzw. die Druckfläche des Übertragungsstückes 12, und die Keilfläche des Keilstückes 13 sind um einen Winkel von ca 10° gegenüber der Kolbenachse A geneigt. Der Kolben 14 ist in einer zylindrischen Bohrung 15 des Gehäuse-Oberteiles und seine Kolbenstange 14 a in einer Führungsbuchse 15 a geführt. Die Bohrung 15 ist rückwärtig durch einen Deckel 16 verschlossen. Der Kolben 14 ist mit einer nach hinten hin offenen, zylindrischen Bohrung 17 versehen, die im Bereich ihrer Mündung zu einer konischen Bohrung 18 erweitert ist. In dem zylindrischen Teil der Sacklochbohrung 17 ist der Schaft 19 einer Spannzange 20 in einem durch einen Anschlag 21 begrenzten Maße verschieblich auf­ genommen. Die kegeligen Spannbacken 22, 23 der Spann­ zange liegen in der konischen Erweiterung 18 der Sacklochbohrung 17 des Kolbens und fassen einen Widerlagerstift 24 ein, der mit dem Deckel 16 fest verbunden ist und einen zentralen Druckausgleichskanal 24 a aufweist. Beim Ausführungsbeispiel ist der Stift 24 ein einstückig mit dem Deckel 16 ausgebildeter Zapfen. Der Stift 24 kann auch ein gesondertes Bauteil sein, das am Deckel 16 gehalten ist.. Der Widerlagerstift 24 ragt ein Stück weit in eine Sacklochbohrung 25 der Spannzange 20 ein, in welcher eine Druckfeder 26 eingespannt ist, die sich auf dem Boden dieser Sacklochbohrung und auf dem freien Ende des Widerlagerstiftes 24 abstützt.

Zur Festspannung eines Werkzeuges oder dgl. wird der Kolben 14 über eine zu seinem Arbeitsraum führende Druckzuleitung 27 mit Druckmittel beaufschlagt, wobei der Kolben zusammen mit der Spannzange 20 in die in Fig. 5 gezeigte Spannstellung geschoben wird und dabei das Druckstück 5 über den Keil 13 nach unten drückt. In dieser Stellung ist der Kolben 14 über die Spann­ backen 22, 23 und den Widerlagerstift 24 zugleich starr am Deckel 16 und damit am Gehäuse abgestützt, so daß der Kolben 14 - auch bei einem Ausfall des Druckes im Arbeitsraum - in der gezeigten Arbeitsstellung verbleibt.

Für eine Rückstellung des Kolbens 14 muß zunächst die Spannzange 20 vom Widerlagerstift 24 gelöst werden. Hierzu wird über die Leitung 28 Druckmittel in den zweiten Zylinderraum 29 gegeben, von wo aus das Druckmittel über Bohrungen 30 in der Wand des Kolbens 14 zum innenliegenden Stirnende 31 des Spannzangen­ schaftes gelangt. Durch diese Druckbeaufschlagung wird die Spannzange ein Stück weit in Fig. 5 nach rechts verschoben, so daß sich ihre Festspannung am Wider­ lagerstift 24 löst, wonach dann der Kolben 14 zusammen mit der Spannzange in die Grundstellung nach Fig. 4 zurückkehrt. Die Rückstellung des Druckstückes 5 erfolgt über eine in einer Ausnehmung des Druckstückes angeordnete und sich an einer Platte 32 des Gehäuse-Oberteiles abstützende Feder 33.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 besteht die zu­ sätzliche Halteeinrichtung zur Sicherung der Spann­ stellung des Kolbens 14 aus einer Kolben­ vorschub-Druckfeder 34, die in einer Sacklochbohrung 35 des Kolbens angeordnet ist und zwischen dem Boden 36 der Sacklochbohrung und dem Deckel 16 eingespannt ist. In Fig. 6 ist in der oberen Hälfte die Grund­ stellung und in der unteren Hälfte die Spannstellung des Kolbens 14 gezeigt.

Claims (6)

1. Hydraulisches Spannelement zum Festspannen von Werkzeugen oder Werkstücken auf dem Arbeitstisch von Werkzeugmaschinen, spanlosen Umformungs­ maschinen oder dgl., welches ein an dem Arbeits­ tisch befestigbares Gehäuse aufweist, in welchem ein durch einen Hydraulikkolben beaufschlagbares Druckstück beweglich geführt ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Achse (A) des Hydraulikkolbens (14) winklig zur Bewegungsrichtung des Druck­ stückes (5) gerichtet ist, an dessen Rückseite (11) der Kolben (14) über ein Keilstück (13) angreift, und daß eine zusätzliche mechanische Halteeinrichtung (Spannzange 20, Druckfeder 34) zur Fixierung des Kolbens (14) in seiner Spannstellung im Gehäuse (3, 4) angeordnet ist.

2. Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Achse (A) des Kolbens (14) und die Bewegungsrichtung des Druckstückes (5) recht­ winklig gegeneinander geneigt sind und daß die Rückseite (11) des Druckstückes (5) und die Keilfläche des Keilstückes (13) in einem eine Selbsthemmung bewirkenden Winkel gegenüber der Kolbenachse (A) geneigt sind.

3. Spannelement nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung aus einer in einer rückwärtigen Sacklochbohrung (17) des Kolbens (14) angeordneten Spannzange (20) besteht, deren kegeligen Spannbacken (22, 23) innerhalb einer rückwärtigen konischen Erweiterung (18) der Sacklochbohrung (17) liegen und einen gehäuse­ festen Widerlagerstift (24) einfassen, und daß die Spannzange (20) an ihrem im Sacklochinneren liegenden Ende (31) zwecks Entriegelung hydraulisch beaufschlagbar ist.

4. Spannelement nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schaft (19) der Spannzange (20) eine Sacklochbohrung (25) aufweist, innerhalb der eine die Spannbacken (22, 23) in Anlage an der konischen Erweiterung (18) der Kolbenbohrung (17) haltende Druckfeder (26) angeordnet ist, welche sich auf dem freien Ende des Widerlagerstiftes (24) abstützt.

5. Spannelement nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung aus einer starken Kolbenvorschubfeder (34) besteht.

6. Spannelement nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kolbenvorschubfeder (34) inner­ halb einer rückwärtigen Sacklochbohrung (35) des Kolbens (14) angeordnet ist.